JPH0620321B2 - 自動車の作業用交流電源装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、クレーン車、ミキサ車、パワーシャベルその
他車両の走行用動力装置の他に作業用動力装置を備えた
特殊車両の動力装置として利用される。

〔従来の技術〕

従来の特殊車両の作業用の回転動力はトランスミッショ
ン・ギヤから補助動力軸に回転力を取り出す補助動力装
置（パワー・テイク・オフ、ＰＴＯ）により、車両走行
用の内燃機関の出力を分岐して利用するようになってい
る。

一方、自動車の電気制動装置に関連し、車両走行用の内
燃機関にかご形三相誘導機を連結し、このかご形三相誘
導機の固定子部に回転磁界を与えるインバータ回路（本
願明細書では第一のインバータ回路）を備え、この回転
磁界の回転速度を前記かご形三相誘導機の回転子部の回
転速度に対して正および負のすべりを与える範囲に制御
して、このかご形三相誘導機を発電機として動作させて
制動力を与え、電動機として動作させて補助駆動力を与
える装置が発明され、本願出願人および共同出願人から
特許出願された（特願昭62-36278号）。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来の補助動力装置では、走行用の内燃機関を作業
を行う期間にわたり連続的に回転させるので、作業に伴
う騒音が大きく、居住地域での夜間作業などはできな
い。また、利用する補助動力に比べて走行用の内燃機関
の出力は大きいから、燃料の利用効率が悪く出力に対す
るコストが大きくなる欠点がある。

本発明はこれを改良するもので、運転に伴う騒音が小さ
く、出力に対するコストの小さい作業用交流電源装置を
提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、内燃機関に連結されたかご形三相誘導機と、
インバータ回路と、電池と、コンバータ回路と、切換回
路と、制御回路とを備える自動車の作業用交流電源装置
であって、切換回路は、入力側がかご形三相誘導機また
は三相電源コンセントに接続され、出力側がインバータ
回路の交流側入力に接続され、コンバータ回路は、入力
側に前記インバータ回路の出力または電池が接続され、
出力側に三相電動機が接続され、制御回路は、三つの制
御モードを有し、その第一の制御モードでは、切換回路
によりインバータ回路をかご形三相誘導機に接続し、そ
の三相交流の発電出力を直流に変換しこの直流をコンバ
ータ回路により三相交流に変換して出力せしめ、その第
二の制御モードでは、切換回路により三相電源コンセン
トを介して商用電源に接続してその商用電力を直流に変
換しその直流をコンバータ回路により三相交流に変換し
て出力せしめ、第三の制御モードでは、コンバータ回路
に電池の出力を供給し、この直流を三相交流に変換して
出力することを特徴とする。

なお、コンバータ回路は、出力側に作業動力用の三相電
動機を接続することができる。

また、インバータ回路は、直流出力を電池に接続するこ
とができる。

〔作用〕

クレーン、ミキサ、パワーシャベルその他作業用の回転
動力は車両に搭載された三相電動機から供給される。三
相電動機はかご形誘導電動機、同期電動機その他であ
る。

第一のモードでは、この三相電動機に供給するエネルギ
を車両の走行用内燃機関から供給して動作させる。この
ときには、内燃機関に連結されたかご形三相誘導機を発
電機として動作させて三相交流を発電し、この三相交流
をインバータ回路により直流に変換し、この直流を第二
のインバータ回路により再び交流に変換して上記三相電
動機に供給する。

第二のモードでは、この三相電動機に供給する電力を商
用電源から供給する。このときには、切換回路によりイ
ンバータ回路の交流側回路を商用電源に接続し、その直
流側に得られるエネルギをコンバータ回路により三相交
流に変換して上記三相電動機に供給する。

第三のモードでは、この三相電動機に供給する電力を自
動車に搭載した電池から供給する。このときには、コン
バータ回路の直流側に電池の電流を供給し、この交流側
回路に得られる三相交流を上記三相電動機に供給する。

第一のモードでは商用電源のない場所でも、車両の内燃
機関を運転することにより、連続的に補助動力を利用す
ることができる。しかし内燃機関の回転騒音が大きい。
またエネルギコストは大きい。

第二のモードでは内燃機関が回転しないから騒音は小さ
い。エネルギコストは商用電源の料金であり小さい。し
かし商用電源を自動車に取り込むことができる場所以外
では利用できない。

第三のモードでは商用電源のない場所でも、内燃機関を
運転せずに補助動力を利用することができる。しかしこ
の第三のモードでは電池の容量が有限であるから、連続
的な運転は不可能であり、ごく短時間の作業に限られ
る。エネルギコストは大きい。

作業用の回転動力が三相電動機から得られるので、電気
接続を転換することにより正逆両方向の回転が可能であ
る。また、コンバータ回路で発生する交流周波数を制御
することにより、その回転速度を任意に制御することが
できる。

〔実施例〕

次に本発明実施例を図面に基づいて詳しく説明する。第
１図は本発明実施例特殊車両の動力装置の原理を説明す
るブロック図、第２図は本発明の実施例を説明する電気
回路図である。

本発明実施例の自動車の作業用交流電源装置は、内燃機
関１と、この内燃機関１に連結されたかご形三相誘導機
２と、このかご形三相誘導機２の固定子部に回転磁界を
与えこのかご形三相誘導機２の発生する三相交流を直流
に変換しあるいは三相電源コンセント９を介して供給さ
れる商用三相交流を直流に変換するインバータ回路４
と、このインバータ回路４の直流側に接続された電池５
と、電池５に直流回路が接続されクレーン車、ミキサ
車、パワーシャベルなどに用いられるオイルポンプなど
の負荷６に接続され作業用動力として動作する三相電動
機７にその交流側回路が接続されたコンバータ回路８
と、インバータ回路４の交流側回路をかご形三相誘導機
２と三相電源コンセント９からの商用三相電源入力とに
切換え接続する切換回路10と、インバータ回路５および
コンバータ回路８の制御を行う制御回路３を備える。

制御回路３は、かご形三相誘導機２の固定子部に与えら
れる回転磁界の回転速度を回転子部の回転速度に対して
正および負のすべりを与える範囲に制御してインバータ
回路４を発電機あるいは電動機として動作させ、また所
定周波数の三相交流を三相電動機７に与えるようにコン
バータ回路８を制御する。

第２図に示されるように、本発明実施例では、インバー
タ回路４の交流側入力には切換回路10が接続され、イン
バータ回路４の直流側端子Ｅ_１、およびＥ_２にはコンバ
ータ回路８の直流側端子Ｅ_１、Ｅ_２がそれぞれ接続され
る。この両回路の直流側端子Ｅ_１およびＥ_２の両端には
コンデンサＣ_１と、スイッチＳＷと負荷抵抗11の直列回
路が接続される。

電池５の正端子と端子Ｅ_１との間にはリアクトルＬおよ
び逆流防止用ダイオードＤ_１の直列回路が接続され、こ
のダイオードＤ_１と並列にトランジスタＱ_１のコレクタ
・エミッタ回路が接続される。リアクトルＬとダイオー
ドＤ_１の接続点と端子Ｅ_２との間にはトランジスタＱ_２
のコレクタ・エミッタ回路が接続され、このトランジス
タＱ_２と並列にダイオードＤ_２が接続される。さらに、
端子Ｅ_１の電圧と電池５の正端子の電圧を入力とする制
御回路ＣＴが設けられる。

インバータ回路４は、切換回路10に接続されたスイッチ
素子Ｑ_ａ、Ｑ_ｂ、Ｑ_ｃ、Ｑ_ｄ、Ｑ_ｅ、Ｑ_ｆを含み、これ
らスイッチ素子はそれぞれトランジスタと、そのトラン
ジスタのコレクタ・エミッタ間に逆方向に並列接続され
たダイオードとから構成されている。さらに、このイン
バータ回路４には、上記各スイッチ素子の制御電極に開
閉制御信号を与える開閉制御信号発生回路ＰＷＭを含
む。

この開閉制御信号発生回路ＰＷＭは、かご形三相誘導機
２に備えられた回転センサ12からＤ・Ａ変換器13を経て
出力されるアナログ信号と、制御回路14から出力される
信号を加算入力するように接続される。

コンバータ回路８は、インバータ回路４と同様に三相電
動機７に接続されたスイッチ素子Ｑ_ｇ、Ｑ_ｈ、Ｑ_ｉ、Ｑ
_ｊ、Ｑ_ｋ、Ｑ_Ｌを含み、これらスイッチ素子はそれぞれ
トランジスタと、そのトランジスタのコレクタ・エミッ
タ間に逆方向に並列接続されたダイオードとから構成さ
れている。さらに、このコンバータ回路８には、上記各
スイッチ素子の制御電極に開閉制御信号を与える開閉制
御信号発生回路ＰＷＭを含む。この開閉制御信号発生回
路ＰＷＭは交流周波数を制御するクロック発生器15に接
続される。このクロック発生器15には可変抵抗器16が接
続され、この可変抵抗器16を操作することにより、発生
するクロック周波数を変更することができる。

本発明実施例が適用される作用用動力装置はクレーン
車、ミキサ車、パワーシャベルなど、車両の走行用動力
装置の他に作業用動力負荷６を搭載する。この動力は三
相電動機７から供給する。

次にこのように構成された本発明実施例交流電源装置の
動作について説明する。

この装置では動作モードとして三つのモードがある。

まず、第一のモードでは、三相電動機７に供給するエネ
ルギを車両の走行用内燃機関１から供給して動作させ
る。内燃機関１に連結されたかご形三相誘導機２を発電
機として動作させて三相交流を発電し、この三相交流を
切換回路10により接続されたインバータ回路４に送り直
流に変換し、この直流をコンバータ回路８に送り再び交
流に変換して三相電動機７に供給してその動力を負荷６
に供給する。

インバータ回路４の開閉制御信号発生回路ＰＷＭには、
回転センサ12によって検出されたかご形三相誘導機２の
回転速度信号がＤ・Ａ変換器13を経て入力され、さらに
制御回路14の制御信号がこれに加算されて入力する。こ
のとき、かご形三相誘導機２に与えられる回転磁界の回
転速度は回転子部の回転速度より小さく、負のすべりが
与えられている。すなわち、制御回路14から負の電圧を
発生する。

また、コンバータ回路８の開閉制御信号発生回路ＰＷＭ
にはクロック発生回路15からの交流周波数を制御する制
御信号が入力し三相電動機７が制御される。

このモードではかご形三相誘導機２は発電機として動作
している。このとき制御回路ＣＴは端子Ｂ_ｒを選択し、
トランジスタＱ_１の制御入力端子Ｂ_ｒに繰り返しパルス
が与えられ、トランジスタＱ_１は間欠的に導通する。こ
れによりコンデンサＣ_１（端子Ｅ_１およびＥ_２）、コン
デンサＣ_２、リアクトルＬおよびトランジスタＱ_１の閉
ループが間欠的に閉成され、リアクトルＬにエネルギが
蓄積される。このリアクトルＬの端子電圧が電池５の端
子電圧より大きくなると、リアクトルＬ、電池５、およ
びダイオードＤ_２に閉ループができて電流が流れ電池５
が充電される。この電池５の端子電圧すなわちコンデン
サＣ_２の端子電圧は、制御回路ＣＴによりこの制御回路
ＣＴにかかる基準電圧に対して比較され、この端子電圧
が所定の範囲になるようにそのパルス幅および繰り返し
周期が調整される。

この第一のモードでは商用電源のない場所でも、車両の
内燃機関１を運転することにより、連続的に補助動力で
ある三相電動機７を駆動することができるが、内燃機関
１を運転する騒音が大きく、エネルギコストは大きくな
る。

第二のモードでは、切換回路10が三相電源コンセント９
に接続され、三相電動機７に商用電源からの電力が供給
される。このときには、かご形三相誘導機２は切り離さ
れ、内燃機関１は停止させることができる。このときイ
ンバータ回路４の交流側回路は商用電源に接続され、そ
の直流側に得られるエネルギはコンバータ回路８により
三相交流に変換されて三相電動機７に供給され、負荷６
に動力が与えられる。その他の動作は第一のモードと同
様に行われる。

このモードでは、内燃機関１が停止または負荷がないた
めに騒音は小さく、エネルギコストも商用電源の料金で
すむために小さい。しかし、商用電源を自動車に供給で
きる設備のある場所以外では利用することができない。

第三のモードは、三相電動機７に供給する電力を車両に
搭載した電池５から得るものである。この場合はコンバ
ータ回路８の直流側に電池５の電流が供給され、この交
流回路に得られる三相交流が三相電動機７に供給され、
負荷６に動力が与えられる。

このとき、制御回路ＣＴは端子Ｄ_ｒを選択して、トラン
ジスタＱ_２の制御電極に間欠的な信号を与える。これに
より、電池５、リアクトルＬ、トランジスタＱ_２のルー
プに短時間電流が流れ、リアクトルＬにエネルギが蓄積
される。次の瞬間にトランジスタＱ_２が開放されて、リ
アクトルＬの端子電圧と電池５の端子電圧の和の電圧
が、ダイオードＤ_２を介してコンデンサＣ_１の両端に現
われる。このコンデンサＣ_１の両端電圧がコンバータ回
路８の直流電源となる。

この第三のモードでは、商用電源のない場所でも、内燃
機関１を運転することなく補助電力を得ることができる
が電池の容量には限界があるため連続的に運転すること
は不可能であり、エネルギコストは大きくなる。

本発明装置は、いずれのモードも作業用の回転動力が三
相電動機７から得られるので、開閉制御信号発生回路Ｐ
ＷＭの出力信号発生順序を転換することによって、回転
方向を正逆両方向にすることができ、コンバータ回路８
に発生する交流周波数を可変抵抗器16を制御することに
より、三相電動機７の回転速度を任意に制御することが
できる。

上記各実施例はトランジスタをスイッチ素子としたもの
を説明したが、この他のスイッチ素子、例えばサイリス
タ、ＧＴＯを用いても同様に本発明を実施することがで
きる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、クレーン車、ミキ
サ車、パワーシャベルなどの作業用動力装置として、次
の三つのモードにより作業用動力を得ることができる。

1.走行用内燃機関によりかご形三相誘導機を発電機とし
て動作させ、その三相交流を三相電動機に供給する。

2.商用電源からの三相交流を三相電動機に供給して動力
源とする。

3.車両に搭載した電池から三相交流を三相電動機に供給
する。

さらに、第一のモードでは作業に伴う騒音があってもよ
い場所や商用電源のない場所において連続的に利用する
ことができ、第二のモードでは運転騒音が小さいために
居住地域での作業、特に夜間作業に利用することがで
き、かつ、そのエネルギコストが少なくてすみ、第三の
モードでは商用電源のない場所や短時間の運転でよい場
合に利用することができる。これら三つのモードは作業
現場の状況に応じて自由に選択することが可能である。

加えるに、いずれのモードも作業用の回転動力が三相電
動機から得られるために、電気接続を転換することによ
って正逆両方向の回転を得ることができ、また、三相電
動機への交流周波数を制御することができるために回転
速度を広い範囲で任意に制御することができるなどの多
くの優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明実施例特殊車両の動力装置の原理を示す
ブロック図。 第２図は本発明実施例を説明する電気回路図。 １……内燃機関、２……かご形三相誘導機、３、14……
制御回路、４……インバータ回路、５……電池、６……
負荷、７……三相電動機、８……コンバータ回路、９…
…三相電源コンセント、10……切換回路、11……負荷抵
抗、12……回転センサ、13……Ｄ・Ａ変換器、15……ク
ロック発生器、16……可変抵抗器。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】内燃機関（１）に連結されたかご形三相誘
   導機（２）と、インバータ回路（４）と、電池（５）
   と、コンバータ回路（８）と、切換回路（10）と、制御
   回路（３）とを備える自動車の作業用交流電源装置であ
   って、 切換回路（10）は、入力側がかご形三相誘導機または三
   相電源コンセント（９）に接続され、出力側がインバー
   タ回路（４）の交流側入力に接続され、 コンバータ回路（８）は、入力側に前記インバータ回路
   の出力または電池（５）が接続され、出力側に三相電動
   機（７）が接続され、 制御回路（３）は、三つの制御モードを有し、 その第一の制御モードでは、切換回路（10）によりイン
   バータ回路（４）をかご形三相誘導機（２）に接続し、
   その三相交流の発電出力を直流に変換しこの直流をコン
   バータ回路（８）により三相交流に変換して出力せし
   め、 その第二の制御モードでは、切換回路（10）により三相
   電源コンセント（９）を介して商用電源に接続してその
   商用電力を直流に変換しその直流をコンバータ回路
   （８）により三相交流に変換して出力せしめ、 第三の制御モードでは、コンバータ回路（８）に電池
   （５）の出力を供給し、この直流を三相交流に変換して
   出力する 自動車の作業用交流電源装置。
2. 【請求項２】コンバータ回路（８）は、出力側に作業動
   力用の三相電動機（７）が接続された 特許請求の範囲第(1)項記載の自動車の作業用交流電源
   装置。
3. 【請求項３】インバータ回路（４）は、直流出力が電池
   に接続された 特許請求の範囲第(1)または(2)項に記載の自動車の作業
   用交流電源装置。